IEK-3 Report 2013. Langlebige elektrochemische Verfahrenstechnik

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Book	FZJ-2013-04120

IEK-3 Report 2013. Langlebige elektrochemische Verfahrenstechnik

UnknownFZJ*

2013
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich
ISBN: 978-3-89336-868-6

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Schriften des Forschungszentrum Jülich, Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment 172, 181 S. (2013)

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Abstract: Besonderheiten dieses Berichtszeitraums sind die erfreulicherweise erreichten guten Lebensdauern von Brennstoffzellen, verbunden mit sehr geringen Degradationsraten. Andererseits wurde im Rahmen der Energiewende auch die Elektrolyse als Element in einemWasserstoffspeicherpfad nach mehrjähriger Pause wieder aufgenommen. Fragestellungen der polymeren Membranelektrolyse stehen hierbei experimentell im Vordergrund. In kleinerem Umfang wurde Batterieforschung zunächst systemanalytisch begonnen. Darüber hinaus wurde die Systemanalyse auf den Einsatz elektrochemischer Technik zur Kompensation der Volatilität erneuerbarer Energie refokussiert und ausgebaut. Die stärksten Veränderungen sind dem Thema CO$_{2}$-Abscheidung widerfahren, das zunächst stark im Aufwind und Ausbau war und dann in Deutschland, politisch und industrieseitig absehbar, nachhaltig so stark an Boden verloren hat, dass die Forschung zur Kraftwerksauslegung mit CO$_{2}$-Abscheidung durch Membranprozesse und Wäschen auf ein Minimum reduziert wurde. Weiterhin werden Membranprozesse zur Gastrennung und CO$_{2}$-Nutzung in der chemischen Industrie betrachtet. In diesem Zuge wurde auch der Name des Institutes den erweiterten Inhalten angepasst. Ausgehend vom Namen „Institut für Brennstoffzellen“ heißt es nun „Institut für Elektrochemische Verfahrenstechnik“. Dies deckt nicht nur die aktuelle Aufgabensituation sehr gut ab, sondern es wird auch der Tradition des Institutes sehr gerecht, in dem Anfang der 1990er Jahre eine erfahrenstechnische und eine elektrochemische Arbeitsgruppe zusammengeführt wurden. Diese Struktur stellt die heutige Stärke des Institutes dar, in dem Elektrochemische Verfahren der Energietechnik von den Grundlagen bis zum Aggregat mit starken Schwerpunkten in Experiment und Modeling verfolgt werden. In dem Bericht werden viele Ergebnisse dargestellt, die eine ausgiebigere Würdigung verdienen. Hier seien nur einige zu den Themen Langzeitbeständigkeit von Brennstoffzellen und der Systemintegration erwähnt. Bis heute erreichte ein Zellstapel der keramischen Brennstoffzelle SOFC unter realistischen Betriebsbedingungen 50.000 Stunden Betriebsdauer bei einer Degradation von etwa 1 %/1000 Stunden. Ein weiterer 4-zelliger Stapel erreichte mittlerweile 20.000 Stunden Betriebsdauer bei nur 0,1 % Alterung pro 1000 h dank einer neuen Beschichtung des metallischen Interconnektors. Dieser Alterungswert wird allgemein als Zielwert für die Kommerzialisierung angesehen. Außerdem wurde ein 20 kW System aufder Basis von vier Zellstapeln mit je 5 kW Leistung in Betrieb genommen. Ein System zum Antrieb eines elektrischen Hubwagens wurde mit einer 2 kW Direktmethanol-Brennstoffzelle mit einem im realen Betrieb ermittelten Fahrprofil dynamisch über 20.000 Stunden auf einem Teststand betrieben, bei 20.000 Stunden nominaler Lebensdauer solcher Hubwagen. Diese Leistung wurde mit dem zweiten Platz beim „F-Cell Award Innovationspreis Brennstoffzelle“ des Landes Baden-Württemberg in der Kategorie „Science“ ausgezeichnet. Die autotherme Reformierung von Kerosin wurde stabil bei 99,997 % Umsatz über 5.000 Stunden gezeigt. Ein integriertes System, bestehend aus zwei HT-PEFC Stacks und einer Brenngaserzeugungseinheit erreichte beim Test mit GTL-Kerosin eine elektrische Leistung von 5,6 kW. Eine Tagung im Rahmen des Fachausschusses „Energieverfahrenstechnik“ von ProcessNet wurde in wesentlichen Teilen inhaltlich vom Institut getragen. Die 2nd ICEPE wurde im Juni 2011 zu „Carbon Capture in Coal Power Plants“ von der Dechema ausgerichtet. In ähnlicher Weise sind wesentliche Vorbereitungen für die 3rd ICEPE „Transition to Renewable Energy Systems“, die im Juni 2013 stattfinden wird, vom IEK-3 in 2012 mitgetragen worden. In diesem Rahmen ist jeweils ein Buch zu dem Thema herausgegeben worden. Den Kollegen im IEK-3 möchte ich für Ihre engagierte Arbeit, die vielen guten Ideen und den kooperativen Arbeitsansatz besonders danken, sei es im wissenschaftlichen, im technischen oder Verwaltungsbereich. Dem BMBF danke ich für unsere stabile Grundfinanzierung und den vielen Drittmittelgebern für das Vertrauen, das sie in unser Institut gesetzt haben.

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